带PFC功能的无传感电机控制系统应用简介

大家好 欢迎大家参加TI工业研讨会 我是TI Century FAE Igor An 主要负责数字电源和电机控制的相关算法开发 下面由我给大家介绍 TI关于电机控制 尤其是无传感电机控制的各种算法和解决方案 以及用单个芯片实现电机控制 +PMC的算法开发 我将按照下面四个部分给大家进行介绍 第一部分 简单介绍电机系统在工业界的地位 以及市场情况 第二部分 介绍TI能够为大家提供的 无传感电机控制的解决方案 以及相关方案的各种特性 第三部分 着重介绍在一个电机控制系统中 如何加入PFC控制算法 以及如何在同一个MCU中使用两种算法同时工作 第四部分 向大家介绍 TI的相关免费资源 我们知道 电机是目前人类掌握的 能够把电能转换为机械能的几乎是唯一的手段 所以电机的应用场景非常广阔 数量非常庞大 因此 掌握电机控制技术 或者优化电机控制技术 将对电机的控制效率和提升有重大意义 在电机控制的演进过程中 有几次阶段性的革命 从开始的直流电机 交流异步电机 这种我们称之为并频电机的在工业界的广泛应用 到现在这些年非常热门的 变频控制的应用 几乎现在所有用到电机的地方 都在改进为变频控制 像我们从这里看到的 从家用电器的洗衣机 变频的空调 压缩机冰箱以及变频风扇等等应用 到汽车上的一些主要电机的应用 都在一点的逐渐进行变频化 那这这个逐渐变频化的过程中 工业界对电机控制的性能 成本 提出了更高的要求 因此 也演变出了很多种 对变频电机控制的新的算法 有传感的 无传感的 各种技术应运而生 每一次新技术的产生 和每一次技术的革命 其实都是帮助我们解决了 成本性能的这些问题 向着价格更便宜性能更优异的方向演进 那么 我们把电机 无论是变频电机还是定频电机 以及把电能转换为机器能 那为什么有些系统中还要引入PFC这个功能呢 其实 我们的PFC 大家都知道是为了解决斜波的问题 那PFC加入系统中 主要完成的目标大概有下面四个 第一个就是我们为了满足一些斜波的要求 各个地区所应用的斜波标准是不一样的 这里我大概列了几个 现在工业界主流的斜波标准 其中IEC标准可能是被大家最广泛应用的 一般的 我们如果泛泛地讲 可能达到5%的斜波含量 当然这个斜波含量的计算次数一般是在39此斜波 那我们中国地区的国标 定义斜波的定义呢 它不是用比例来定义的 因为我们刚才提到 IEC的这个标准它定义斜波含量是按照比例 不管用电设备是多大功率的是几百瓦 是几千瓦 它要求的斜波含量是5%或者是3% 有一些地区 比较严格的话 它是一个比例 但是我们的国标定义的斜波 是按照电流的绝对值来定义的 它是16安培 所以 在一些小型的用电设备上 整个设备的用电电量可能都没有到16安培 所以这些小型设备上 其实在中国地区是没有斜波要求的 也就是因为这个原因在中国地区 很多的产品中 是没有加PFC这个功能的 但我们看到现在的一个趋势就是 很多产品都在国际化 在进入欧盟或者是北美一些地区的时候 它的斜波标准要求严格的时候 有一些设备就需要额外增加斜波校正和调整的单元 很有可能就需要加入一个PFC功能 还有就是加入PFC可以实现一个升压的功能 将我后面电机驱动的母性电压抬高 以便能够让我的电机达到更高的转数 实现更高的效率 另外使用的这个PFC的电机控制系统 我的母性电压的纹波可能会更小 这样更有利于后端的电机驱动 实现更平稳的速度控制 另外 在有一些系统中 我可能在电机制动的时候 我需要将电机制动的电能回馈到电网 或者回馈到电池中 那么我需要有一个双向的电流通路 能够实现能源 能量回馈 这样就需要选特殊top的PFC结构 既能实现正向的斜波校正 又能实现方向的能量回馈 电机和PFC搭配的这种典型应用 其实最典型的应用就是我们的空调 家用空调或者是商用空调 这是非常多的应用了PFC+电机的结构 另外 在一些比较大功率的风扇 还有些电梯 电梯中的应用 很多都是为了实现这种反向能量回馈 在电机到达一个楼层制动的时候 我需要把能量回馈到电网 当然这个相对来说比较少了 洗衣机上会考虑加PFC 当然工业的一些机器人 也是会有用到PFC 相对少一些 但随着各个地区斜波标准越来越严格 PFC的应用场合也是越来越多 更多的产品在考虑加入PFC功能 来达到各地区的斜波标准要求 这里我们看到的是一个PFC+电机驱动 的一个典型应用的硬件电路 这个也是我们曾经做过得一个 TI Design的一个电路图 在这里 我们用的主控芯片 是TI的c2000系列控制芯片 那驱动高压的管子的驱动 我们用的是TI高压驱动UCC27714 电流采样 这个应用里面 电流采样我们用的是下管采样 是上横电阻 再加上非隔离型的运放 如果我们选择电机的电流的采样点是在线上的采样 可能会需要用到隔离型运放 那我们TI有一颗AMC1200的隔离运放 可供大家使用 那opl2374 是我们性能非常好的一颗轨对轨的运放 模拟运放 在这个系统应用中 我们已经实现的PFC 它的开关频率是在40KHz 开关频率越高对电感的体积就越小 当然 相应管子的开关损耗会越大 但同时对主控MCU的计算能力 和响应速度也是要求更高的 同时我们是用一颗单独的c2000芯片 来实现了40K的PFC再加上一个电机控制 在下面的章节中我们会为大家着重介绍 TI能够为大家提供的这种完全开源的 免费的 无传感电机算法 有多种无传感电机算法可供大家选择 供大家评估 以及在这种无传感电机算法中 如何加入一个高性能更高开关频率的PLC 是让PFC+电机控制算法在一颗 尽量低成本的c2000MCU系列中实现 谢谢请大家继续关注下一章节的介绍